1. MÓDULO E DE ELECTRICIDAD BÁSICA Prof. Paolo Castillo Rubio

2. MÓDULO E1: “EL CAMPO MAGNÉTICO”

3. 1. EL MAGNETISMO El magnetismo se presenta en la naturaleza de dos formas: magnetismo terrestre y la magnetita (óxido de hierro o piedra imán). Existen imanes naturales , artificiales y electroimanes . Todos ellos tienen la característica de atraer materiales ferrosos . Los imanes tienen dos polos, llamados norte y sur , los del mismo tipo se repelen y los polos distintos se atraen. Las brújulas son un tipo especial de imán, que se utilizan para orientarse geográficamente, utilizando el magnetismo terrestre.

4. La brújula La brújula consiste en una aguja imantada que siempre señala el Norte, debido a que la aguja se siente atraída por los polos magnéticos Norte y Sur de la Tierra.

5. El campo magnético de la Tierra No se conoce porqué la Tierra posee campo magnético (se acepta la teoría del Efecto Dínamo ). Lo que sí se sabe, es que no es estable, sino que se desplaza en el curso de las eras geológicas (actualmente a 40 km/año). El polo norte magnético, está cerca del polo norte geográfico (a unos 1600 km del polo norte) y el polo sur magnético se encuentra al sur de Australia (a unos 2600 km del polo sur). Existe en la actualidad una inversión magnética (el norte magnético es en realidad un polo sur).

6. Campo magnético de la Tierra

8. Los imanes o magnetos Los imanes ejercen fuerzas entre ellos de atracción y repulsión (al igual que las cargas eléctricas). La fuerza magnética es producida en los polos y se puede representar a través de las líneas de fuerza . Todo imán posee un polo norte y un polo sur ( no existen polos magnéticos aislados ). La mayoría de los imanes se hacen de aleaciones de hierro , niquel, cobalto y aluminio, en diversas proporciones; en estos, las propiedades magnéticas se deben a la rotación de los electrones (en rotación son imanes diminutos).

9. Líneas de fuerza en imanes Atracción y repulsión

10. Si se divide un imán, no se aisla un polo, se crean dos imanes menores

11. Dominios magnéticos Para poder explicar la naturaleza del magnetismo en la materia debemos ir al corazón del átomo. Si lo modelamos como el núcleo en el centro y el electrón dando vueltas alrededor de él, tendremos un electrón en movimiento. Si hemos dicho que las cargas en movimiento generaban un campo magnético y el electrón es una carga en movimiento girando alrededor del núcleo, tenemos que el átomo de por sí es un pequeño imán. En la mayoría de los materiales esos momentos magnéticos de los átomos se orientan al azar. Si sumamos todos los momentos magnéticos el resultado neto es nulo.

12. Hay determinados materiales en los que esos momentos magnéticos de sus átomos se influyen unos a otros tendiendo a orientarse en igual dirección y sentido: un átomo ve el campo magnético generado por su vecino como un campo magnético externo y tenderá a orientarse con él (igual que la brújula). Si esto se extiende por todo el sólido tenemos un material ferromagnético . En realidad, esta propiedad no se distribuye de forma uniforme, sino que existen zonas donde el campo magnético de un montón de átomos apunta a un sitio y zonas donde apunta a otro. Esas zonas se llaman "dominios magnéticos" .

14. 2. ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Hasta 1820, se pensó que el magnetismo era independiente de la electricidad. En ese año, Hans Oersted descubrió que una corriente eléctrica desvía la aguja de una brújula. Estableciéndose que el magnetismo estaba relacionado con la electricidad, por lo que pueden ser estudiados de manera conjunta. El electromagnetismo , que es una disciplina de la Física, permite entender los fundamentos de la generación de energía eléctrica.

15. Experimento de Oersted

16. El Generador Eléctrico Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos , llamados polos. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica . Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Los generadores pequeños requieren de una bobina y un imán, y los grandes de un conjunto de bobinas y electroimanes.

17. Generador eléctrico básico

18. El Motor Eléctrico Un motor eléctrico está basado en el mismo principio de funcionamiento que el del generador. Éste está encargado de transformar energía eléctrica en mecánica , a partir de un imán y una bobina en movimiento. Es el proceso inverso de un generador.

19. El electroimán Un trozo de hierro introducido en una bobina por la cual circula una corriente eléctrica, produce que los dominios magnéticos del hierro se alineen. Este es el principio de funcionamiento de un electroimán.

20. MÓDULO E2: “EL FUNCIONAMIENTO DE UN TRANSFORMADOR”

21. 1. Partes de un transformador eléctrico El transformador es una máquina eléctrica, que tiene como función cambiar los niveles de voltaje, para así adaptarlos a las características nominales de los equipos que requieren ser conectados a una red eléctrica (que tiene un nivel de voltaje fijo). Está formado por dos bobinas de alambre de cobre aislado, enrolladas alrededor de una pieza de hierro laminado. Puede ser del tipo reductor o elevador, dependiendo de cómo se disponen ambas bobinas (de distinto número de vueltas).

22. Transformador reductor

23. 2. El funcionamiento de un transformador eléctrico El voltaje en un generador eléctrico se induce, ya sea cuando una bobina se mueve a través de un campo magnético, o bien cuando el campo producido en los polos en movimiento cortan una bobina estacionaria. En ambos casos, el flujo total es sustancialmente constante, pero hay un cambio en la cantidad de flujo que eslabona a la bobina. Este mismo principio es válido para el transformador, sólo que en este caso las bobinas y el circuito magnético son estacionarios, en tanto que el flujo magnético cambia continuamente.

24. El cambio en el flujo se puede obtener aplicando una corriente alterna en la bobina. La corriente, a través de la bobina, varía también en magnitud con el tiempo. El flujo cambiante que se aplica en uno de los devanados, induce un voltaje en el primario. Si se desprecia la caída de voltaje por resistencia del devanado primario, el valor del voltaje será igual y de sentido opuesto al voltaje aplicado. Se tiene la siguiente relación entre los voltajes y el número de espiras en el devanado primario y secundario:

25. 3. Aplicación de un transformador La principal aplicación de un transformador, es como parte de la fuente de alimentación de equipos electrónicos.

26. Uso de transformadores